（通信与信息系统专业论文）epon系统中上行带宽分配算法和系统结构的研究.pdf

电子科技大学硕士学位论文 摘要 近年来通信业的迅猛发展导致了网络传输能力的巨大提升。骨干网和高速 局域网随着人们对带宽越来越大的需求而不断升级，但是连接两者之间的接入 网成了整个网络的瓶颈。尽管当前广泛使用的宽带接入方案如x d s l 、h f c 和 c a b l em o d e m 提高了一定的带宽，但与人们的需求还相去甚远，并且也不能为新 兴网络业务如视频会议、v o d 、v o i p 提供足够的带宽以及相关业务的q o s 保 证。最终，考虑到以太网的普遍性及其低成本高带宽的优点和光纤网的低成本 大容量，一种基于以太网的无源光网络e p o n 成为下一代宽带接入网的最佳候 选技术之一。 由于e p o n 系统上行链路多个o n u 共享带宽的拓扑结构，因此系统的上行 带宽分配算法一直是e p o n 系统讨论的热点。对于e p o n 系统，为了使系统的 上行带宽取得更大的利用率，且保证不同业务的q o s ，有效的带宽分配算法是 十分必要的。本文分析了现有带宽分配的算法，并且基于网络流量的自相似特 性，提出了一种新的固定周期的轮询动态带宽分配算法。通过仿真证明，本算 法不仅保证了上行带宽的高效利用率，同时保证了不同业务的q o s ，实现了设 计目的。 同时，e p o n 系统作为一种新型的交换设备，在具体的功能、结构方面并未 完全的标准化，有待于进一步研究和讨论。本文根据e p o n 系统主要功能和结 构，对e p o n 系统进行了具体的功能和模块划分。并分别对各个模块的功能、 结构、工作原理、工作流程进行了研究和讨论。在e p o n 系统模块化、功能化 方面进行了一定的研究。 关键词：以太无源光网络：动态带宽分配；媒体访问控制；多点控制协议 电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e s ey e a r s w i t ht h ef a s t d e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y , n e t w o r k t r a n s m i s s i o na b i l i t yh a sb e e ni m p r o v e dal o t b a c k b o n en e t w o r ka n dh i g hs p e e dl a n a r ee x p e c t e dt ob ec o n t i n u o u s l yu p d a t e dw i t hi n c r e a s i n gr e q u e s t sf o rb a n d w i d t ho f u s e r s h o w e v e r , h o wt od e s i g nt h ea c c e s sn e t w o r kc o n n e c t i n gb a c k b o n en e t w o r ka n d l a nb e c o m e st h e d e s i g n b o r l e n e c ko ft h ew h o l en e t w o r k a l t h o u g h ，c u r r e n t b r o a d b a n da c c e s sm e t h o d s ，s u c ha sx d s l ，h f ca n dc a b l em o d e m ，h a v ep r o v i d e d h i g h e rb a n d w i d t ha n da r ew i d e l yu s e d ，t h e ys t i l lc a nn o ts a t i s f yu s e r s r e q u e s t sa n d h a v en o tt h ea b i l i t yt op r o v i d ee n o u g hb a n d w i d t ha n dq o sf o rn e wn e t w o r k s s e r v i c e s s u c ha sv i d e om e e t i n g ，v o d ，v o i pa n ds oo n e t h e r n e tn e t w o r ki sav e r yp o p u l a r n e t w o r kw i t hl o wc o s ta n dh i g hb a n d w i d t h m e a n w h i l e ，o p t i c a ln e t w o r ka l s oh a sl o w c o s ta n dh i g h c a p a c i t y c o n s e q u e n t l y , e p o ns y s t e m ，w h i c h i sap a s s i v eo p t i c a l n e t w o r kb a s e do ne t l l e r n e t h a sb e c o m eo n eo ft h eb e s tt e c h n o l o g i e si nt h en e x t g e n e r a t i o nb r o a d b a n d a c c e s sn e t w o r k a l l o c a t i o ns c h e m e so f t h eu p l i n kb a n d w i d t hh a v ea t t r a c t e dm u c ha r e n t i o ni nt h e e p o ns y s t e mo w i n gt ot h et o p o l o g ys t r u c t u r eo fo n us h a r i n gb a n d w i d t hi nt h e u p l i n k e f f e c t i v eb a n d w i d t h a l l o c a t i o ns c h e m e sa r ev e r yn e c e s s a r yd u et or e q u e s t so f h i g h e ru p l i n kb a n d w i d t hu t i l i z a t i o n a n de n s u r i n gq o so fd i f f e r e n ts e r v i c e s t h i s t h e s i sa n a l y s e sc u r r e n tb a n d w i d t ha l l o c a t i o na l g o r i t h m s ，a n dp r o v i d e san e wd y n a m i c b a n d w i d t ha l l o c a t i o ns c h e m e ，w h i c hh a sf i x e dp e r i o dm a du t i l i z e sc y c l i cp o l l i n g ， b a s e do nt h es e l f - s i m i l a r i t yc h a r a c t e ro fn e t w o r kt m 伍c i ti ss h o w e db ys i m u l a t i o n r e s u l t st h a tt h es c h e m ee n s u r e st h eq o so fd i f f e r e n ts e r v i c e sw i t hh i g h e rp r i o r i t ya n d c a ni m p r o v e u p l i n k b a n d w i d t hu t i l i z a t i o n a tt h es a m et i m e ，a so n en e ws w i t c he q u i p m e n te p o ns y s t e mh a sn o ta c h i e v e d t h et o t a ls t a n d a r d i z a t i o no fi t sf u n c t i o na n ds t m c t u r e ，a n di se x p e c t e dt oh a v eaf u r t h e r r e s e a r c h a c c o r d i n gt ot h em a i nf u n c t i o na n ds t r u c t u r eo fe p o ns y s t e m ，t h i st h e s i s c l e a r l yd i v i d e se p o ns y s t e m i n t os e v e r a lf i m c t i o nb l o c k s a n dd i s c u s s e st h ef u n c t i o n ， s t r u c t u r e ，w o r kf l o wa n dt h e o r yo f e a c hb l o c ks e p e r a t e l y f u r t h e r m o r e ，t h i st h e s i sh a s a c c o m p l i s h e ds o m e r e s e a r c ho nf u n c t i o na n ds t r u c t u r eo f e p o n s y s t e m k e yw o r d s ：e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ；d y n a m i c b a n d w i d t ha l l o c a t i o n m e d i aa c c e s sc o n t r o l ；m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c 0 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特另t l d i l 以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： j 呼毕一一一日期：z 心年s 月瑟曰 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：j 悼 导师签名：p 嗲i d l - g - 电子科技大学硕：匕学位论文 e p o n a p o n o p o n d b a f t t b f t t c f t t h d s l c o o l t 0 d n p o s o n u a t m e f m f s a n i t u i e e e 缩略字表 e t h e m e tp a s s i v e0 p t i e a ln e t w o r k a t mp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k g i g a b i tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n f i b e rt ot h eb u i d i n g f i b e rt ot h ec o r b f i b e rt ot h eh o m e d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e c e n t r a l0 f f i c e o p t i e a ll i n et e r m i n a l 0 p t i e a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k p a s s i v eo p t i c a ls p l i t e r o 面c a ln e t w o r ku n i t a s y n c h r o n o u st i m ed i v i s i o n m u l t i p l e x i n g e m e m e tf o rt h ef i r s tm i l e f u l ls e r v i e e sa c e 2 s sn a t w o r k i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n 1 j n i o n 以太无源光网络 a t m 无源光网络 吉比特无源光网络 动态带宽分配 光纤到大楼 光纤到路边 光线到户 数字用户环路 中心机房 光线路终端 光分配网络 无源光分路器 光网络单元 异步传输模式 以太第一公里 全业务接入刚 国际电信联盟 i n s t i t u t i o no f e l e e t r i c a la n de l e c t r o n i c s电气与电子工程师学会 e n g n i n e e r s o a m o p e r a t i o n 、a d m i n i s t e r 、m a i n t e n a n c e 操作、管理、维护 电子科技大学顿士学位论文 a d s l h d s l h f c c a t v v o i p v o d g f p m a c m d l g m i i t c p c s p m a 翔埘d s n i u n i m p c p r t t l l l d e m s m i b q o s s l a a s y n m l e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e t t i g h - b i t - r a t ed i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p h y b r i df i b e r c o a x c o m m u n i t ya n t e n n at e l e v i s i o n v o i c e0 v e ti n t e r n e tp r o t o c o l v i d e oo nd c m a n d g e n e r g a lf r a m ep r o t o c o l m e d i aa c c e s sc o n t r o l m e d i u md e p e n d e n ti n t e r f a c e g i g a b i tm e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e p h y s i c a lc o d es u b l a y e r p h y s i c a lm e d i u ma t t a c h m e n t p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t s e r v i c en o d ei n t e r f a c e u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e m u l t i - p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l r o u n dt n pt i m e l o g i c a ll i n ki d e n t i f i e r e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m m a n a g e di n f o r m a t i o nb a s e q u a l l t yo f s e r v i c e s s e r v i c el e v e la g r c e m e m 菲对称鼗字掰户环路 离速数字用户环路 光纤，嗣轴电缆混合网 共天线电税 甄联网电话 视频点播 通用成帧协议 媒体访问控制 媒体援关接门 千兆比媒质独立接口 汇聚( 子层) 物理编码予屠 物理媒质附加( 子层) 物理媒质相关子层) _ e 务节点接日 用户网络接口 多意控毒l 协议 往返时间 逻辑链路标识 网元管理系统 管理信息数据库 暇务臻量 服务等级协议 第一章引言 第一章引言 现代社会已步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输即通信起着支 撑作用。由于人类社会生活对通信的需求越来越高，世界各国都在致力于现代 通信技术的研究与开发以及现代通信网的建设。 网络建设中，过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论 是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化 的，软件主宰和控制的，高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入 网仍然是被双绞线铜线主宰的( 9 0 ) ，原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨 大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。目前尽管出现了一 系列解决这一瓶颈问题的技术手段，如x d s l 系统，同轴电缆上的h f c 系统， 宽带无线接入系统，但都只能算是一些过渡性解决方案，唯一能够根本上彻底 解决这一问题的长远技术手段是光接入网。p o n 由于其易维护、高带宽、低成 本等优点成为光接入中的佼佼者，是通过单一平台综合接入语音、数据、视频 等多种业务的理想物理平台i l 】。 p o n 自从在2 0 世纪8 0 年代被采用至今已经历经几个发展阶段。起初人们 认为将a t m 技术和p o n 技术相结合的a p o n 技术是实现综合接入的理想模式， 然而，由于数据业务的爆炸式增长，a t m 技术暴露出效率不高、协议复杂等弱 点，且成本过高，因此并未得到大规模的应用。在这种背景下，一个颇为引人 注目的新的p o n 标准孕育而生，这就是由i e e ee f m 工作组负责制定的e p o n 标准 2 1 。 e p o n 因其在设备投资成本以及操作和维护等方面的优势，成为运营商解决 “最后公里”的一种非常经济的宽带接入解决方案，可以说，e p o n 技术已经 成为未来接入网技术的发展方向 3 1 。 本章首先简述了论文工作的研究背景，回顾了接入网的发展，提出了研究 的基本问题和主要目标，最后，概述了论文结构和内容安排。 电子科技大学礤士学位论文 1 ，1 璎究骛暴 1 ，1 1 接入网 穗对于绩绕鹣健稔弱终、交换弼终露畜，接入网罴一个穗对较麟戆禳念。 长期阻来，电信两络的接入部分经常被简单地被称为“缓入段”，接入段仅仅是 交换网络的最尉延伸，是某贻具体接入设备的附属设施，并不是一个独立的网 络部件。从2 0 檄纪9 0 年代中期、特另u 是进入2 l 世纪以来，接入嘲穗经发展成 为一令相对猿立、完整静潮终，并且是当髓技术发展爨狡、竞争最激爨、建设 最昂贵的网络。如图1 1 所示，目前信息网由核心骨干网、城域网、接入网和用 户驻地网组成。其中接入网是用户进入城域网骨干网的桥梁，是信息传送通道 鑫冬“最嚣一公羹” l j 。 圈1 - 1 信息嬲模型 如今，科学技术突飞猛进，大量的甑予文件不断产生，随着缀济全球佬， 社会信息化进獠的加快，因特阚大量普及，数据业务激烈增长，电信业务种类 墩不断扩大，融由单一的电话电报业务扩展到多种业务。蔼网络建设中，过去 死年闻，霹终豹核心部分发难了鬣天覆蠡蠡翳交往，秃论楚交换，还怒传赣箨已 爨新了好几代，而接入网的发展却极为缓慢。接入网融成为制约网络向宽带化 发展的瓶颈。同时，接入网市场容量很大，为了满足用户的需求，备种新技术 不藜涌嚣，接入瘸技术基戒梵邀售磅究帮门、冬丈壤疆公霖窝运蘩郝 j 关注约 焦点和投资的热点。 1 1 2 接入网的发展及相关技术 接入网是阂家信息基础设施的发展爨点和关键，融经收到了各个方面的重 视。随着对接入网的研究，各种宽带接入技术逐渐的成熟，并走向市场化的道 - 2 ， 第一章引言 路，比如x d s l 、h f c 、f t t h 技术。 电信公司为了有效利用现有电话线资源，提高接入网的速度和带宽，满足 用户对高速数据和宽带业务的需求，以便于数据公司和广播电视部门争夺用户， 所以开发了数字用户线( x d s l ) 技术。x d s l 有高速数字用户线( h d s l ) 、非对称数 字用户线( a d s l ) 、和甚高频数字用户线( v d s l ) 之分。h d s l 可开展t 1 e 1 业务， 但不能提供普通电话业务，不适用于家庭使用。a d s l 除提供t 1 e 1 业务外，还 能提供普通电话业务、i p 业务和点播电视业务，适用于家庭使用，也是目前接 入设备中的主流。其最大特点是无须改动现有铜缆网络设施就能提供宽带业务， 其主要缺点是对线路的苛刻要求，与同轴电缆和光纤相比，双绞线的带宽毕竟 是有限的，同时信息传输距离也受到限制。因此，a d s l 虽然是近、中期的一种 有效接入方式，但从发展趋势看，a d s l 始终是一个过渡性方案。v d s l 比a d s l 具有更高的传输速率，v d s l 下行速率最高可达5 0 m b p s 。但其传输距离十分有 限，当v d s l 达到最高传输速率时，其传输距离只有3 0 0 m ，因此，v d s l 技术 在实际的接入应用中也只有很少的利用1 4 j 。 电缆电视( 有线电视) 公司通过在它们的同轴电缆网络上集成数据业务来应 对因特网业务需求。即在其原有的c a t v 系统的干线( 前端到小区) 使用光缆，小 区到用户使用电缆传输的网络叫光纤h 轴电缆混合网( h f c ) 。利用光纤损耗小、 抗干扰能力强、带宽高的特点进行数据传输。h f c 适用于广播业务，对于开发 双向的交互式业务却存在严重的缺陷：首先，尽管h f c 干线上的带宽很宽，但 是被许多用户共享，每个用户可用的带宽就很有限；其二，h f c 在干线上产生 严重的噪声累积，在这种情况吓，不要说开展宽带业务，即使是模拟电话业务 也是困难的：而且，h f c 属于模拟传输技术，与整个电信网络的数字化不相适 应【5 1 。 因此，以上的技术不管是x d s l 系统，还是同轴电缆上的h f c 系统，都只 能算是一些过渡性解决方案，唯一能够根本上彻底解决这一问题的长远技术手 段是光接入网。p o n 技术在上个世纪9 0 年代中期由f s a n 发起，在一个通用、 快捷的宽带接入系统上同时提供宽带和窄带服务，如i p 数据、视频、1 0 1 0 0 以 太网、话音以及t d m 业务，通过光纤在世界范围内传送。 p o n 主要由o l t 、o d n 和o n u 三部分组成。o l t 位于接入网的局端，为 电子科技大学硕士学位论文 光犊入霹提供瓣络爨帮本缝交换捉之润鹣接口，劳通过一个或n 令o d n 与弼户 端的o n u 通信。o l t 分离交换与非交换、监务，管理来自o n u 的惰令和监控业 务，为o n u 和本身提供维护和指配功能。o d n 为o l t 和o n u 之间的光传输 手段。o n u 为光接入网提供用户端接口，终结来自o d n 的信息，完成网络侧 壳狻嗣帮爱户铡熹接目之阉瓣光电帮毫麟转换、信号楚建、复矮秘维护管瑾功 能。按o n u 安放的位置不同，光接入网分为三种不同的应用类型：f t t h 、f t t b 、 f t t c 。p o n 技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式， 羔孬采曩对分多缝舅式，霹毅灵活建缀残瓣墼、星型、总线銎等壤努绩稳，在 光分支点不需骚节点设备，只需要安装一个简单的无源光分路器，光信号在传 输过程中不再缀过放大和再生，网络的分路由光分路器来实现 6 1 。p o n 结构如 躐l 。2 所示： u n l 用户德搂口 匿t 2p o n 结构模型 1 。1 3a p o n 、e p o n 、g p o n 的余编和比较 s n l 喇络侧接口 从p o n 发展至今，p o n 主要有a p o n 、e p o n 和g p o n 三种慕本类型。在 窄带p o n 系统概念提出的同时，人们提出了以a t m 技术为基础的宽带p o n 概 念，郅a p o n ，以傻接入鄹是囱宽带纯。程a p o n 的发展过程中，糖准诧程度 狠高，分别在1 9 9 8 年i2 0 0 0 年、2 0 0 1 镲l i u t 正式邋j 遣了g 9 8 3 1 、g 9 8 3 2 、 g 9 8 3 _ 3 协议，对a p o n 系统标称线路遴举、光网络要求、网络分屡结构、物理 媒质要求、会聚层要求、测距方法、传输性能、管理和控制接口舰范、波长分 熬标准等稳雩霉了筑定。 随着i p 技术的不断完蓠，大多数运谐商已经将i p 技术作为数据网络的主要 4 一 第一章引言 承载技术，使得a t m 技术完全退出了局域网。在这种背景下，两个颇为引人注 目的新的p o n 标准孕育而生，其中一个是由i t u f s a n 负责制定用来替换a p o n 标准的g i g a b i tp o n ( o p o n ) 标准，另一个是由i e e e 8 0 2 3 a h 工作组负责制定的 e t h e m e t p o n ( e p o n ) 标准。 i t u - t 在2 0 0 3 年正式通过并颁布了g p o n 标准系列中的三个标准：g 9 8 4 1 、 g 9 8 4 2 和g 9 8 4 _ 3 ，2 0 0 4 年4 月i t u t 通过了g 9 8 4 4 ，至此g p o n 的标准已经 完善。e p o n 的标准化工作主要由i e e e 的8 0 2 3 a h 即e f m 工作组来完成，其制 定e p o n 标准的基本原则是尽量在8 0 2 - 3 体系结构内进行e p o n 的标准化工作， 工作重点放在e p o n 的m a c 协议上，最小程度地扩充以太网m a c 协议。2 0 0 4 年6 月，e f m 正式发布了e p o n 的相关标准8 0 2 3 a h 。 表1 1 对e p o n 、g p o n 和a p o n 三种技术的主要参数进行了比较【”。 表1 1e p o ng p o na p o n 主要参数列表 i e e ee p o ni t u - tg p o nr r u - ta p o n 。f 行线路速率( m b s ) 1 2 5 01 2 4 4 ，2 4 8 81 5 5 6 2 2 1 2 4 4 上行线路速率( m b s ) 1 2 5 01 5 5 6 2 2 1 2 4 4 2 4 8 81 5 5 6 2 2 线路编码 8 b 1 0 b n r z ( + s c r a m b l i n 曲n r z ( + s c r a m b l i n g ) 最小分路比( t cl e v e l ) 1 66 43 2 最大分路比( t cl e v e l ) n a1 2 86 4 t c 层支持最大逻辑 0 5 m - 1 0 k m 6 0 k m ( 2 0 k m i nm a x2 0 k m 传输距离0 5 m 2 0 k i nd i m 数据链路层协议 e t h e m e te t h e m e f f a t ma t m t d m 支持能力t d m o v e rp a c k e tn a t i v et d m 厂r d mot d m o v e r a t m a t m 厂r d mop a c k e t p o n 支持最大业务流 d e p o nl l i d s o n u4 0 9 62 5 6 下行数据流加密 n o td e f i n e d a e s ( c o u n t e rm o d e )c h u m i n a e s 针对g p o n 和e p o n 技术的不同特点，可以对这两种技术做出以下分析。 1 ) g p o n 支持多种速率等级，可以支持上下行不对称速率，上行不一定要 支持i g b i t 以上的速率，因此与e p o n 只能支持对称1 g b i t 的单一速率相比， 电子科技大学硕士学位论文 g p o n 在光器件的选择上余地更大，从雨可降低成本。 2 ) e p o n 只支持c l a s sa 和b 的o d n 等级，而g p o n 可支持c l a s sa 、b 和c ，因救g p o n 可支撩商达1 2 8 瓣分路比和长达2 0k m 的传竣距离。 3 ) 举从协议上比较，因为e p o n 标准是以8 0 2 3 体系结构为基础，因魄与 g p o n 标准相比其协议分层更简单，系统实现更容易。更鉴于目前以太网芯片的 成熟性，獒系统成本熨低。 4 ) i t u 在制定g p o n 标准过程中沿餍了a p o n 标准g 9 8 3 的缀多概念，与 e f m 制定的e p o n 标凇相比其标准照完善。但由于其增加了t c 子层，因此也 相应增加了一定的开销，这在一定瑕度上违背了希望能够借助e t h e m e t 技术简 擎、经济鹣特点这麓裘。困踅鬟定一令裹效率豹蛩c 基辍鞠将成为i t u 在戮定 g p o n 标准中的一个关键。 5 ) g p o n 标准规定t c 子层可以采用a t m 和g f p 两种封装方式，其中o f p 嚣装方式遗予承载臻镣基于毽静裹簇谤议，毽瑟予必了支耱a t m 监务瑟悫义 的a t m 时装方式在以e t h e m e t 为基础的g p o n 系统中是否合邋，还有待商榷。 61 猩e t h e m e t 上承载t d m 业务的技术并不成熟，很难满足电信级的q o s 要求。嚣藏e p o n 走了能够最载t d m 监务窝诿露照务必矮浚诗毅戆m a c 钒懿 并增加新的软硬件。而g p o n 由于其设计的t c 予屡结构和a t m 封装方式，并 采用了1 2 5 岬的帧长及定时机制，能够比较容易的支持t d m 业务和话音业务。 1 1 4e p o n 技术撬点 经过以上介绍，可以得出e p o n 相对于其他接入方式具脊以下显著特点： 1 ) 熬予p 及爨太瓣效本i 寒寒戆瓤络盛定是基予p 躐竣太耀戆，经交 e p o n 健输i p 包是最好的方案。 21 低建设成本：e p o n 系统盥著减少了光纾、光收发模块、中心局设备的 数量。贯终，由于兜电子爨 牛豹或零不凝降低，e p o n 豹每线设备接入成本爨霹 与a d s l 、c a b l em o d e m 相比，特别是目前光纾酾价格诧电缆还低，这些条件 成为f t t h 发展的基础。同时，e p o n 的基础鼹以太网，而咀太网是当今和未 来世界上使用最广泛的嘲络技术，冀相关器件、设备价格最低。爆e p o n 作接 一6 箔一章引言 入网，成本低、通用性好，兔去了 p 数据传输的协议和格式转换，效率商，管 理简单。 3 ) 低运营维护成本：局端( o l t ) 与用户( o n u ) 之闻仅有光终、光分路器等光 无滚器俘，无需稳瘸辊房、无震黼备毫源、秃褥有源设备维护天员，邈鼗可有 效节省运营维护成本。 4 ) 解决远端用户的接入问题：e p o n 可以达到2 0 k i n 的传输距离，避免了 传统黉徐介震f 热双绞线、五类线、c a b l e 等 筑鼹离魏硬麓越。 5 ) 支持多种业务：由于e p o n 系统建立猩i p 的技术上，因此，e p o n 系统 支持各种以i p 技术为基础的网络服务，使电视网、电信喇、互联网( 三网) 的融 台氇袋为瑗实。 61 解决终端用户的带宽瓶颈。e p o n 可以为用户提供几十兆甚至千兆的上 下行对称带宽，可以满足宽带上网、视频点播、在线游戏、可视电话、数字高 蘧电筏笛各秘建务瓣带宽露求，_ 兖分滚是接入阙客户戆豢赛爨求，著露方便灵 活的根据用户需求的变化动态分配带宽。 71 高的接入可纛性：整个光传输通道为光钎和无源光器件，可以有效避免 逮磁予毯褒雷电影旗，僳涯信号转瓣质量。 8 ) 便于管理：对业务透明，便于系统升级、管理和弓l 进新业务。 9 1 统一的标准；i e e e8 0 2 ，3 a h 工作小组从2 0 0 1 年1 1 月就开始进行e p o n 戆蠹蕊稼王痒。大终有7 0 令公罨糖入了这令工终奎经，包援c i s c o 、n o r t e l 、s b c 、 w o r l d c o m 、v e r i z o n ，s a l i r a ，b r o a d c o m ，a g e r e 、i n t e l ，b r o a d l i g h t ，a l c a t e l 等。 2 0 0 4 年6 月2 7 日，i e e e 已经正式推出了关于e p o n 系统的8 0 2 3 a h 协议。 1 1 5e p o n 目黄的国内乡| 、寄场发震形势 从全球范围看，在宽带用户中，6 6 是采用d s l ，在中国这个比例高达9 0 ， 但利髑e p o n 技术的f t t h 接入方式呈现出爨遮增长的势头。 翮本是全球f t t h 发展最好的国家，制定的“e j a p a n ”战略要求翻内使用 光纤线路的用户或家庭要达到整个宽带市场的三分之一以上。同时，圈本的开 放竞争政策也促使爨多鲍运营甍加入裂f t t 市场中来，在竞争加剧盼精况下， 电子科技大学磷士学位论文 n 下 不褥不将2 0 0 5 年孕；进f 聪麓豹诗裂撵藩实麓，恧y a h o o b b 燹是开始了 越过几百万线的e p o n 部署计划。据日本总务省统计，到2 0 0 4 年8 月，日本f t t h 用户数已经突破1 6 0 万线，预计在2 0 0 5 年达到4 5 0 万。 2 0 0 3 年以慕，国内关予f 狂h 豹瑟斓 王痿觅不鲜。各大运营窝黠于f 玎 鲍兴趣不断增长，相继开始了试验网络的建设。2 0 0 3 年中期，长城宽带网络服 务有限公司与寓士通( 中国) 有限公司就e p o n 技术的合作与应用，熬潜了相关的 协议。之后，中国网通宣布谯j e 京和长沙率先采用e p o n 设备v o i p 、v o d 等 照务可谓是中鬻逶营裔蓄令f 罩t b 台嚣，意义 霹寻露。2 0 0 4 年怒，嚣内不少 通信公司都投入了大量的人力、物力到f t t h 技术的研发和实验中来。武汉烽 火科技于2 0 0 4 年在武汉光裕展开光纤试点，测试其e p o n 设备。北京格林威尔 公司逛室毒在徐髑实验弱开邋e p o n 测试。阉鬟重，疆蓑8 0 2 3 a h 按议豹正式塞台， 篡他大大小小邋信公司都对e p o n 技术歼始了跟踪和磷发，这其中镪括华为、 上海贝尔阿尔卡特、中兴等阑内领先的通信设备制造商。 可班颈见照f t 疆 泰场痘动，其露场规摸搀是空翦豹，必将豢动整个通 僚行业进入新一轮的快速增长时期。 1 2 课题来源及本文主要羔作 1 2 1 课题来源 “e p o n 系统的磅究亵实现”是四j | | 汇源光透信公嘲磺发中心设立的研究课 题，研究成员惫括酉j | | 汇源光遴信公司技寒总蓝聂为溥博士，圈j l | 汇源光逶信 公司研发中心来昌林博士、采健工程师。电子科技大举通信学院光纤重点实验 巅研究生实习生6 人，共9 人。 课题维飘2 0 0 4 年l 是徐开始逶行薪麓豹瓷精采纂嚣基稿豁谖静态，鼠2 0 0 4 年7 月起开始谶入正式研教，到2 0 0 5 年7 月为课题第一阶段。 1 2 。2 本文圭鬟王终 本文主要究成了以下工作 - 8 第一章引言 1 ) 对e p o n 系统的功能结构，及其技术特点进行了详细的分析； 2 ) 在对比现有e p o n 上行接入算法的基础上，结合网络数据流的特点，提 出一种保证q o s 的高效动态带宽分配算法，并通过仿真实验证明此算法的可行 性和有效性； 3 ) 为物理实现e p o n 系统，结合系统功能、网络构架，在符合8 0 2 3 a h 协 议的基础上，构建e p o n 系统整体结构并细分功能模块； 1 3 论文结构及内容安排 第一章简述了论文工作的研究背景，回顾了接入网的发展历程，对比了三 种p o n 类型，讨论了e p o n 系统的市场前景，并阐述了本论文的课题来源、主 要工作及论文结构。第二章详细介绍了e p o n 系统的关键技术，技术难点，以 及讨论了8 0 2 3 a h 协议在原有以太网协议8 0 2 3 上的改动。第三章分析了现有的 e p o n 上行接入算法的优缺点，以及网络数据流的特性，并在此基础上提出新的 动态带宽分配算法。并通过仿真实验模拟e p o n 环境，对算法进行可行性仿真， 并与其他算法进行性能比较。第四章对e p o n 系统进行完整构架，针对其具体 功能进行功能模块细分，并提出初步芯片设计方案。最后是本文结论及未来研 究方向。 电子科技大学硕t ：学位论文 第二耄e p o n 结构相关键技零以及8 0 2 3 a h 协议分耩 e p o n 基本构想是将成熟的以太协议引入p o n 系统，以提高效率，降低设 冬裁本。由于i p e t h e m e t 绘筏在整个数搀嬲络中占主譬媳霞，瑟叛太对i p 静支 持非常成熟，对_ - fe p o n 系统，可以童接使用i p 协议来进行管理，镪括对用户 端设备和业务的管理，都可以很简单地实现，因此，在支持开展综合业务和多种 服务质量的灵溪性和方便性方蕊，e p o n 麴馕势也报明鼹。本章详细的从结构， 关键技术，技术滚点，良及8 0 2 3 a h 耱议在8 0 2 3 漭谈上懿部分掺改遴行了深入 的讨论。 2 1e p o n 结稳特纛蓠套 2 1 1e p o n 结构简介 e p o n 在缀大静程度上继承了疆u 曩秘f s a n 霹a p o n 懿建议，紧震符合 i e e e 8 0 2 - 3 协议的以太帧承躐业务信息。 中心局c o用户端 图2 1e p o n 结构简图 如图2 - l 掰示隽一典蘩静e p o n 系绞绦擒蚕秘，e p o n 主要宙三令部分梅菠， 包括o l t 、o d n 和o n u 。其中o l t 位于局端，一般放在中心机房( c 0 ) ，o n u 饿于用户端，下面对每一部分做出具体介绍。 1 0 一 第二章e p o n 结构和关键技术以及8 0 2 3 a h 协议分析 在e p o n 系统中，o l t 既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平 台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太网向城域和广域发展的趋 势，o l t 上将提供多个g b i t s 和1 0 g b i t s 的以太接口，支持w d m 传输。如果 需要支持传统的t d m 话音，普通电话线和其他类型的t d m 通信( t 1 e 1 ) 可以被 复用连接到附接口，o l t 除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户 的q o s s l a 的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。 o d n 由无源光分路器( p o s ) ；f 1 1 光纤构成，它完成下行光信号的分配和上行信 号的集中，是一个连接o l t 和o n u 的无源器件。 e p o n 中的o n u 采用了技术成熟而又经济的以太网协议，在中带宽和高带 宽的o n u 中实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能。这种类型的o n u 可以通过层叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽。因为都使用以太协议， 在通信的过程中，就不再需要协议转换，实现o n u 对用户数据的透明传送。o n u 也支持其他的传统的t d m 协议，而且不会增加设计和操作的复杂性。在更高带 宽的o n u 中，将提供大量的以太接口和多个t 1 e 1 接口。 在下行链路上，o l t 以广播方式发送以太网数据帧。通过1 ：n 的无源分光 器，数据帧到达各o n u ，o n u 通过检查接收到的数据帧的目的l l i d 地址和帧 类型f 如：m p c p 帧、o a m 帧) 来判断是否接收此帧。 上行链路上，各o n u 的数据帧以突发方式通过共同的无源分配网传输到 o l t ，上行数据采用t d m a 方式，各个o n u 在o l t 分配的不同时隙中，将数 据帧发送到o l t 。o l t 采用m p c p 协议，通过请求授权机制来实现带宽的分配。 2 1 2e p o n 传输帧结构 e p o n 下行帧结构如图2 2 所示，它由一个被分割成固定长度帧的连续信息 流组成，其传输速率为1 g b p s ，每帧又携带多个可变长度的数据包( 时隙) 。每帧 的开头是同步标识符，占一个字节，携带时钟信息，用于o n u 与o l t 的同步， 每2 m s 发送一次。按照i e e e8 0 2 3 组成可变长度的数据包，给各o n u 分配数 据包，每个数据包由信头、可变长度净荷和误码检测域组成l l j 。 图2 3 表示e p o n 上行帧结构。各个o n u 发出的上行信息流通过光耦合器 合并共用光纤，以t d m 的方式复合成一个连续的数据流。该数据流以帧的形式 电子科技大学硕士学位论文 组成，帧长同下行帧，每帧一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可 变长度得时隙，每个时隙